[发明专利]基于多失效模式的秸秆揉碎机锤片式转子可靠性分析方法

说明书

本发明涉及基于多失效模式的秸秆揉碎机锤片式转子可靠性分析方法，包括：基于应力‑强度干涉模型分别构建锤片式转子疲劳断裂失效模式的功能函数、锤片磨损失效模式的功能函数、锤片式转子共振失效模式的功能函数；通过锤片式转子疲劳断裂失效模式的功能函数、锤片磨损失效模式的功能函数、锤片式转子共振失效模式的功能函数，确定其各自的边缘分布函数，进而计算多失效模式下秸秆揉碎机锤片式转子的可靠度，并进行多目标优化设计，得到最优解。本发明为秸秆揉碎机及相似机械的可靠性设计与后期维修策略的制定提供方法指导。

技术领域

本发明涉及农作物秸秆收获与加工机械疲劳寿命预测与可靠性分析技术领域，特别是涉及一种基于多失效模式的秸秆揉碎机锤片式转子可靠性分析方法。

背景技术

现有的秸秆揉碎机可将农作物秸秆物料加工成柔软的丝状段，便于牲畜采食消化，并可提高秸秆的利用率。秸秆揉碎机工作时，其关键部件锤片式转子在高速旋转产生的离心力、气流与物料多重耦合流场产生的动态压力以及自身重力等载荷作用下极易发生损伤与失效，秸秆揉碎机普遍存在着关键零部件可靠性较低、故障率较高的问题，进而影响整机的可靠性及工作性能。

对秸秆揉碎机系统可靠性分析表明，秸秆揉碎机主要失效模式有锤片式转子疲劳断裂、锤片磨损引起的失效以及由锤片不均匀磨损引发共振等失效模式。目前相关研究只分析了锤片式转子的疲劳断裂失效模式，并未考虑锤片磨损、共振等失效模式以及多失效模式间的相关性问题，对秸秆揉碎机寿命预测与可靠性计算结果将产生较大的影响。故对于考虑多失效模式相关性问题下的秸秆揉碎机关键部件疲劳寿命预测与可靠性分析还有待进一步研究。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于多失效模式的秸秆揉碎机锤片式转子可靠性分析方法，在设计阶段可以快速准确地预测秸秆揉碎机的疲劳寿命并计算分析其可靠性，为秸秆揉碎机及相似机械的可靠性设计与后期维修策略的制定提供方法指导。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

基于多失效模式的秸秆揉碎机锤片式转子可靠性分析方法，包括：

基于应力-强度干涉模型分别构建锤片式转子疲劳断裂失效模式的功能函数、锤片磨损失效模式的功能函数、锤片式转子共振失效模式的功能函数；

通过所述锤片式转子疲劳断裂失效模式的功能函数、锤片磨损失效模式的功能函数、锤片式转子共振失效模式的功能函数，确定其各自的边缘分布函数，进而计算多失效模式下秸秆揉碎机锤片式转子的可靠度，并进行多目标优化设计，得到最优解。

优选地，通过所述应力-强度干涉模型构建所述锤片式转子疲劳断裂失效模式的功能函数，计算所述锤片式转子的疲劳可靠度，并采用断裂力学方法对所述锤片式转子进行疲劳寿命预测。

优选地，通过所述应力-强度干涉模型构建所述锤片式转子疲劳断裂失效模式的功能函数的过程包括：

首先，采用计算流体力学CFD与离散元DEM耦合方法对秸秆揉碎机内气流-散碎物料耦合流场进行数值计算；并基于双向流固耦合方法对耦合流场与锤片式转子结构进行计算，获取锤片式转子应力分布规律与最大应力载荷谱；

其次，通过Matlab编程将锤片式转子最大应力载荷谱分别与正态、指数、威布尔、伽玛以及瑞丽分布进行分布规律拟合，获取所述锤片式转子最大应力分布规律；

最后，锤片式转子的最大工作应力和材料强度的分布规律确定后，基于所述应力-强度干涉模型建立所述锤片式转子疲劳断裂失效模式的功能函数，计算所述锤片式转子的疲劳可靠度。

优选地，所述采用断裂力学方法对所述锤片式转子进行疲劳寿命预测的过程包括：